操作系统第7章 文件管理

以前的章节，是操作系统对硬件的控制；

七、八章，是操作系统对软件的控制。（对软件的控制，即文件！）

文件管理的逻辑结构，对应第七章。

文件管理的物理结构 磁盘，对应第八章。

本章，是OS针对软件的管理（包括程序和数据。）

在现代计算机系统中，要用到大量的程序和数据，由于内存容量有限，且不能长期保存，故而平时总是把他们以文件的形式存放在外存中，需要时调入内存。

但用户不能够胜任管理文件的工作，于是在OS中又增加了文件管理功能，构成一个文件系统，负责管理在外存上的文件，把文件的存取、共享和保护等手段提供给用户，方便了用户，保证了文件的安全，提高了系统资源的利用率。

7.1 文件和文件系统

现代OS中几乎毫无例外的通过文件系统来组织和管理计算机中存储的数据；或者说文件系统的管理功能，是通过把它所管理的程序和数据组织成一系列文件的方法来实现的。

文件则是指具有文件名的若干相关元素的集合。

基于文件系统的概念，可以把数据组成分为数据项、记录和文件三级。

7.1.1 数据项、记录和文件

1、文件、记录和数据项之间的关系

2、文件属性

1)文件类型：可以从不同的角度来规定文件的类型。如源文件、目标文件及可执行文件。

2)文件长度：指文件的当前长度，长度的单位可以是字节、字或块，也可能是最大允许的长度。

3)文件的物理位置：通常是用于指示文件在哪一个设备上及在该设备的哪一个位置的指针。

4)文件的建立时间：指最后一次的修改时间等。

7.1.2 文件名和类型

1、文件和扩展名

1)文件名：在不同的系统之间，对文件名的规定是不同的。

2)扩展名：又称后缀名，用于指示文件的类型。

2、文件类型：

1)按用途分类：系统文件、用户文件和库文件。

2)按文件中数据的形式分类：源文件、目标文件和可执行文件

3)按存取控制属性分类：只执行文件、只读文件和读写文件。

7.1.3文件系统的层次结构

1、文件系统模型：

最核心！！！的层次！！

1)对象及其属性。文件管理系统的对象有：文件、目录和磁盘存储空间。

2)对对象操纵和管理的软件集合。是文件管理的核心部分。实现了文件系统的大部分功能——

a)对文件存储空间的管理、

b)对文件目录的管理、

c)将文件的地址转换机制、

d)对文件读写管理

e)以及对文件的共享和保护。

3)文件系统的接口。命令接口（用户与文件系统）和程序接口（用户程序和文件系统）。

7.1.4 文件操作

用户通过文件系统所提供的系统调用实施对文件的操作。最基本的文件操作有：创建文件、删除文件、读文件、写文件、截断文件和设置文件的读/写位置。

但对于一个实际的OS，为了方便用户使用文件而提供了更多地对文件的操作，如打开和关闭一个文件及改变文件名等操作。

1、文件的“打开”和“关闭”操作

1)所谓“打开”，是指系统将指名文件的属性从外存拷贝到内存打开文件表的一个表目中，并将该

表目的编号返回给用户。以后当用户再要求对该文件操作时，便可利用系统所返回的索引号向系统提出操作请求。此时可直接利用索引号到打开文件表中查找，避免了再次检索。这样不仅节省大量检索开销而且显著提高操作速度。

2)当用户不再需要对该文件实施相应的操作时，可利用“关闭”此文件，OS将会把该文件从打开文

件表中的表目上删除。

7.2文件的逻辑结构“常考填空！！！”

通常文件是由一系列的记录组成的。文件系统设计的关键要素，是将这些记录构成一个文件的方法，以及将一个文件存储到外存上的方法。事实上任何一个文件都存在着以下两种形式的结构：

1.文件的逻辑结构。从用户观点出发所观察到的文件组织形式，是用户可以直接处理的数据及其结构，

它独立于文件的物理特性，又称为文件组织。

2. 文件的物理结构。又称为文件的存储结构，是指文件在外存上的存储组织形式。与存储介质的存储性能和采用的外存分配方式有关。

7.2.1 文件逻辑结构的类型

1、按文件是否有结构，可以分为两大类：

1)有结构文件，是指由一个以上的记录构成的文件，故又把它称为记录式文件；

根据记录的长度可将有结构文件，分为定长记录文件；不定长记录文件。

2)无结构文件，这是指由字符流构成的文件，故又称为是流式文件。

如果说大量的数据结构和数据库，是采用有结构的文件形式的话，则大量的源程序、可执行文件、库函数等，所采用的就是无结构的文件形式，即流式文件。其长度以字节为单位。对流式文件的访问，则是采用读写指针来指出下一个要访问的字符。

“此句要理解，可能出判断！！”

可以把流式文件（无结构）看作是记录文件（有结构）的一个特例。“将一个字符，看作一个记录时！！”

2、根据记录的组织方式分为下列文件：

1)顺序文件。由一系列记录按某种顺序排列所形成的文件。通常是定长记录。

2)索引文件。当记录可变长时，通常为之建立一张索引表，并为每个记录设置一个表项以加快对记

录检索的速度。

3)索引顺序文件。上述两种方式的结合。为文件建立一张索引表，为每一组记录中的第一个记录设

置一个表项。

7.2.2顺序文件

1、按照逻辑记录的排序分为两种：

1)串结构：各记录之间的顺序与关键字无关。通常由时间来决定。

2)顺序结构：文件中的所有记录按关键字排列。可以按关键字的长短或英文字母顺序排序。顺序结

构的检索效率更高！！

2、顺序文件的优缺点

优点：顺序文件的最佳应用场合是在对诸记录进行批量存取时，即每次操作一大批记录。只有顺序文件才能存储在磁带上，并能有效的工作。

缺点：

1)在交互应用的场合，如果进程操作对象是单个记录，顺序文件的性能就可能很差。当文件较

大时更差。

2)如想增加或删除一个记录都比较困难。